JP2019003143A - 結像光学系、投写型表示装置、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さなＦナンバーを有し軽量化が図られた高性能の結像光学系、投写型表示装置、及び撮像装置を提供する。
【解決手段】結像光学系は、拡大側から順に、第１光学系１と、第２光学系２とからなる。第２光学系２は縮小側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成し、第１光学系１は中間像ＭＩを拡大側結像面に再結像させる。第２光学系２は、拡大側から順に、第１の正レンズと、全体として正の屈折力を有する接合レンズＣＥと、第２の正レンズとからなる。接合レンズＣＥは１枚の負レンズと１枚の正レンズを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、投写型表示装置及びデジタルカメラ等に好適な結像光学系、並びにこの結像光学系を備えた投写型表示装置、及びこの結像光学系を備えた撮像装置に関する。

従来、液晶表示素子又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）等のライトバルブに表示した画像をスクリーン等に拡大投写する投写型表示装置が広く用いられている。近年では、ライトバルブの性能向上を受けて、ライトバルブと併用される投写用レンズにはライトバルブの解像度に見合った良好な収差補正がなされていることが求められている。また、投写型表示装置を用いて大ホールや展示会等で大画面に投写する場面、及び短い投写距離でより大きな画面サイズが求められる場面が増加していることから、より広角な結像光学系が要望されるようになってきている。

上記要望に応えるべく、下記特許文献１〜３では投写型表示装置に適用可能な結像光学系として、複数枚のレンズからなる縮小側光学系で中間像を形成し、複数枚のレンズからなる拡大側光学系で再結像させる光学系が提案されている。また、下記特許文献４には、中間像を形成する屈折光学系であって、近赤外波長域で使用可能な光学系が記載されている。

特開２０１５−１５２７６４号公報 特開２０１６−１５６９８６号公報 特開２０１６−１４３０３２号公報 特開２００３−２３２９９３号公報

近年では、高輝度な投写型表示装置を実現するために投写用レンズとしてＦナンバーが小さい光学系が求められている。また、装置の設置性及び携帯性の観点からより軽量な光学系が求められている。

しかしながら、特許文献１〜４に記載の光学系は、近年の要望を鑑みるとＦナンバーが十分小さいとは言えないため、高い光学性能を維持しながらより小さなＦナンバーを有する結像光学系が要望される。また、特許文献１〜３に記載の光学系は、中間像より縮小側の光学系のレンズ成分が多く重量が大きいため、より軽量な光学系が要望される。

本発明は、Ｆナンバーが小さく、軽量化が図られて、良好な性能を有する結像光学系、並びにこの結像光学系を備えた投写型表示装置、及びこの結像光学系を備えた撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、第１光学系と、第２光学系とからなり、第２光学系は縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、第１光学系は中間像を拡大側結像面に再結像させ、第２光学系は、拡大側から順に、第１の正レンズと、全体として正の屈折力を有する接合レンズと、第２の正レンズとからなり、接合レンズは、少なくとも１枚の負レンズと、少なくとも１枚の正レンズとを含む。

本発明の結像光学系においては、第２光学系の横倍率をＭＡＧ２、第１の正レンズと接合レンズの光軸上の距離をＤａｂ、第１の正レンズの焦点距離をｆｐ１、接合レンズと第２の正レンズの光軸上の距離をＤｃｄ、第２の正レンズの焦点距離をｆｐ２としたとき、下記条件式（１）、（１−１）、（２）、（２−１）、（３）〜（６）のうちの１つ、又は任意の組み合わせを満足することが好ましい。
−０．４＜ＭＡＧ２＜−０．１ （１）
−０．３５＜ＭＡＧ２＜−０．１５ （１−１）
０．７＜Ｄａｂ／ｆｐ１＜１．１ （２）
０．７５＜Ｄａｂ／ｆｐ１＜１．０５ （２−１）
０．６５＜Ｄｃｄ／ｆｐ２＜１．３ （３）
０．２＜Ｄｃｄ／Ｄａｂ＜０．６ （４）
０．１５＜ｆｐ２／ｆｐ１＜０．５ （５）
−１．２＜ＭＡＧ２／（ｆｐ２／ｆｐ１）＜−０．７ （６）

また、本発明の結像光学系においては、複数の負レンズからなり最も拡大側に配置された負レンズ群と、負レンズ群の縮小側に負レンズ群に連続して配置された正レンズとを有し、負レンズ群のペッツバール和をＰｚｎ、負レンズ群の焦点距離をｆｎ、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、下記条件式（７）及び（８）を満足することが好ましい。
０．２＜Ｐｚｎ×ｆｎ＜０．８ （７）
−０．８＜Ｐｚｎ×Ｙｍａｘ＜−０．３ （８）

また、本発明の結像光学系においては、第１光学系のペッツバール和をＰｚ１、第１光学系の焦点距離をｆ１、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、下記条件式（９）及び（１０）を満足することが好ましい。
−０．６＜Ｐｚ１×ｆ１＜−０．１ （９）
−０．６＜Ｐｚ１×Ｙｍａｘ＜−０．１ （１０）

また、本発明の結像光学系においては、第２光学系のペッツバール和をＰｚ２、第２光学系の焦点距離をｆ２、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、下記条件式（１１）及び（１２）を満足することが好ましい。
２．５＜Ｐｚ２×ｆ２＜６ （１１）
０．１＜Ｐｚ２×Ｙｍａｘ＜０．６ （１２）

また、本発明の結像光学系においては、第１光学系のペッツバール和をＰｚ１、第２光学系のペッツバール和をＰｚ２としたとき、下記条件式（１３）を満足することが好ましい。
−１．２＜Ｐｚ２／Ｐｚ１＜−０．７ （１３）

また、本発明の結像光学系においては、第２光学系の接合レンズは、１枚の負レンズと、１枚の正レンズとからなり、この接合レンズ内の負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｎ、この接合レンズ内の正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｐとしたとき、下記条件式（１４）を満足することが好ましい。
−５２＜νｎ−νｐ＜−２６ （１４）

また、本発明の結像光学系においては、結像光学系の焦点距離をｆ、第２光学系の焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（１５）を満足することが好ましい。
０．０１＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．１ （１５）

また、本発明の結像光学系においては、第１光学系を構成するレンズの枚数は、１０枚以下であることが好ましく、１０枚であるように構成してもよい。

また、本発明の結像光学系においては、結像光学系の焦点距離をｆ、第１光学系の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（１６）を満足することが好ましい。
０．１＜｜ｆ｜／ｆ１＜０．５ （１６）

本発明の投写型表示装置は、光源と、光源からの光が入射するライトバルブと、ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する結像光学系としての本発明の結像光学系とを備えている。

本発明の撮像装置は、本発明の結像光学系を備えている。

なお、本明細書の「〜からなり」は、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、及びカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、及び手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図する。

なお、本明細書における屈折力の符号は、特に断りがない限り近軸領域で考えることにする。また、上記条件式で用いている値はｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））基準での値である。また、本明細書における「レンズ成分」とは、光軸上での空気接触面が拡大側の面と縮小側の面の２つのみのレンズであり、１つのレンズ成分とは、１つの単レンズ、あるいは１組の接合レンズを意味する。

なお、あるレンズ群のペッツバール和Ｐｚは、あるレンズ群が有するレンズ面の総数をｋ、ｉを１以上の自然数とした場合に、そのレンズ群の拡大側からｉ番目のレンズ面を構成する拡大側の媒質のｄ線に対する屈折率をＮｆｉ、そのレンズ群の拡大側からｉ番目のレンズ面を構成する縮小側の媒質のｄ線に対する屈折率をＮｒｉ、そのレンズ群の拡大側からｉ番目のレンズ面の曲率半径をＲｉとしたとき、下記式で定義される。第１光学系のペッツバール和、及び第２光学系のペッツバール和についても同様である。

本発明によれば、軽量化が図られ、Ｆナンバーが小さく、良好な性能を有する結像光学系、並びにこの結像光学系を備えた投写型表示装置、及び撮像装置を提供することができる。

本発明の実施例１の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３の結像光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１の結像光学系の各収差図である。 本発明の実施例２の結像光学系の各収差図である。 本発明の実施例３の結像光学系の各収差図である。 本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。 本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図である。 図１０に示す撮像装置の背面側の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る結像光学系の構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１に対応している。図１では、左側を拡大側、右側を縮小側としており、軸上光束ｗａ及び最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

この結像光学系は、縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、この中間像を拡大側結像面に再結像させる光学系である。この結像光学系は、投写型表示装置に用いられる投写光学系、及びデジタルカメラ等に用いられる撮像光学系として好適な光学系である。

図１では、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、スクリーンＳｃｒと、色合成部又は照明光分離部に用いられるフィルタ及びプリズム等を想定した光学部材ＰＰと、光学部材ＰＰの縮小側に配置されたライトバルブの画像表示面Ｓｉｍも図示している。投写型表示装置においては、画像表示面Ｓｉｍで画像情報を与えられた光束が、光学部材ＰＰを介して、この結像光学系に入射され、この結像光学系によりスクリーンＳｃｒ上に投写される。すなわち、図１の例では、画像表示面Ｓｉｍが縮小側結像面に対応し、スクリーンＳｃｒが拡大側結像面に対応する。

この結像光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、第１光学系１と、第２光学系２とからなる。第２光学系２は縮小側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成し、第１光学系１はこの中間像ＭＩを拡大側結像面に再結像させる。なお、図１では中間像ＭＩを概念的に示しており、その光軸方向の位置は光軸近傍での位置を基に示している。

図１に示す例では、第１光学系１は拡大側から順にレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｊの１０枚のレンズからなる。中間像ＭＩの近傍に配置されたレンズＬ１ｊはいわゆるフィールドレンズの機能を有している。第２光学系２はフィールドレンズより縮小側に配置されており、図１に示す例では、第２光学系２は拡大側から順にレンズＬ２ａ〜Ｌ２ｄの４枚のレンズからなる。また、第２光学系２は中間像ＭＩより縮小側に配置されている。なお、ここでいう「第２光学系２は中間像ＭＩより縮小側に配置されている」とは、中間像ＭＩの軸上の点及び中間像ＭＩの最軸外の点の両者よりも第２光学系２が縮小側に配置されていることを意味する。

投写型表示装置に搭載される投写用レンズには広角化が望まれているが、通常の中間像を結ばない光学系は、焦点距離を短くして広角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズ径が大きくなる。そこで、本実施形態のように中間像ＭＩを形成し、さらに中間像ＭＩをスクリーンＳｃｒに再結像させる方式の光学系とすれば、拡大側のレンズ径を小さくしながら焦点距離を短くして広角化することが容易となる。

第２光学系２は、拡大側から順に、第１の正レンズと、全体として正の屈折力を有する接合レンズＣＥと、第２の正レンズとからなる。また、接合レンズＣＥは、少なくとも１枚の負レンズと、少なくとも１枚の正レンズとを含む。

第２光学系２を上記構成とすることによって、結像光学系の小型化及び軽量化に有利となる。色収差を補正しようとすると高次の収差が発生しやすいが、上記構成の接合レンズを含むことによって、色収差と球面収差のバランスをとることが容易となり、特に軸上色収差と高次の球面収差のバランスをとることが容易となる。これによって、小さなＦナンバーの光学系を実現することが容易となる。なお、ここでいう「高次」とは５次以上を意味する。

また、第２光学系２を上記構成とすることによって、第２光学系２を正の屈折力を有する３つのレンズ成分からなる構成とすることができ、第２光学系２に必要な正の屈折力を３つのレンズ成分に分担させることができる。これによって、第２光学系２の各レンズ成分の屈折力が過剰に強くならないようにすることができ、収差を小さくできる。

第２光学系２の接合レンズＣＥは、１枚の負レンズと、１枚の正レンズとからなるように構成してもよく、このようにした場合は、軽量化を図りながら色収差を良好に補正することに有利となる。

図１に示す例ではレンズＬ２ａが第１の正レンズに対応し、レンズＬ２ｄが第２の正レンズに対応する。レンズＬ２ａ及びレンズＬ２ｄは接合されていない単レンズである。図１の例では接合レンズＣＥは、拡大側から順に負のレンズＬ２ｂと正のレンズＬ２ｃとが接合されて構成されている。ただし、後述の実施例に示すように、拡大側から順に正のレンズと負のレンズとを接合して接合レンズＣＥを構成することも可能である。

第１光学系１は、図１に示す例のように、複数の負レンズからなり最も拡大側に配置された負レンズ群ＧＮと、負レンズ群ＧＮの縮小側に負レンズ群ＧＮに連続して配置された正レンズとを有することが好ましい。このようにした場合は、負レンズ群ＧＮにより像面湾曲を抑えることが容易となり、また、広角化に有利となる。負レンズ群ＧＮの縮小側に負レンズ群ＧＮに連続して配置された正レンズにより歪曲収差を抑えることが容易となる。図１の例では、負レンズ群ＧＮは３枚の負のレンズＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃからなる。

図１に示す例では、第１光学系１を構成するレンズの枚数は１０枚である。第１光学系１を構成するレンズの枚数を１０枚、又は１０枚以下とすれば軽量化に有利となる。

以下に、条件式に関する好ましい構成について述べる。第２光学系の横倍率をＭＡＧ２としたとき、下記条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、投写型表示装置においてライトバルブの画像表示素子の小型化を図りながら広い画角を得ることができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、投写型表示装置におけるライトバルブの画像表示素子の画素数、及び撮像装置における撮像素子の画素数を確保することができる。なお、下記条件式（１−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−０．４＜ＭＡＧ２＜−０．１ （１）
−０．３５＜ＭＡＧ２＜−０．１５ （１−１）

なお、ＭＡＧ２は拡大側から縮小側へ向かって光が進行した場合の横倍率であり、縮小倍率である。また、ＭＡＧ２は最も拡大側のレンズ面から光軸上の距離で０．４７ｍ離れた拡大側結像面に合焦した状態の倍率である。この点は以下の条件式に現れるＭＡＧ２についても同様である。

第２光学系２において、第１の正レンズと接合レンズＣＥの光軸上の距離をＤａｂ、第１の正レンズの焦点距離をｆｐ１としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）を満足することによって、第１の正レンズと接合レンズＣＥの距離を好適に設定して接合レンズＣＥを瞳位置近傍に位置させることが容易となり、軸上色収差を良好に補正することが容易となる。なお、下記条件式（２−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．７＜Ｄａｂ／ｆｐ１＜１．１ （２）
０．７５＜Ｄａｂ／ｆｐ１＜１．０５ （２−１）

また、第２光学系２において、接合レンズＣＥと第２の正レンズの光軸上の距離をＤｃｄ、第２の正レンズの焦点距離をｆｐ２としたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）を満足することによって、接合レンズＣＥと第２の正レンズの距離を好適に設定して接合レンズＣＥを瞳位置近傍に位置させることが容易となり、軸上色収差を良好に補正することが容易となる。なお、下記条件式（３−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．６５＜Ｄｃｄ／ｆｐ２＜１．３ （３）
０．７＜Ｄｃｄ／ｆｐ２＜１．２５ （３−１）

また、第２光学系２において、第１の正レンズと接合レンズＣＥの光軸上の距離をＤａｂ、接合レンズＣＥと第２の正レンズの光軸上の距離をＤｃｄとしたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）を満足することによって、第２光学系２における接合レンズＣＥの位置を好適に設定して接合レンズＣＥを瞳位置近傍に位置させることが容易となり、軸上色収差を良好に補正することが容易となる。なお、下記条件式（４−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．２＜Ｄｃｄ／Ｄａｂ＜０．６ （４）
０．２５＜Ｄｃｄ／Ｄａｂ＜０．５５ （４−１）

また、第２光学系２において、第１の正レンズの焦点距離をｆｐ１、第２の正レンズの焦点距離をｆｐ２としたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）を満足することによって、第１の正レンズの屈折力と第２の正レンズの屈折力とのバランスを好適に設定して接合レンズＣＥを瞳位置近傍に位置させることが容易となり、軸上色収差を良好に補正することが容易となる。なお、下記条件式（５−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．１５＜ｆｐ２／ｆｐ１＜０．５ （５）
０．２＜ｆｐ２／ｆｐ１＜０．４５ （５−１）

また、第２光学系２において、第２光学系の横倍率をＭＡＧ２、第１の正レンズの焦点距離をｆｐ１、第２の正レンズの焦点距離をｆｐ２としたとき、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）を満足することによって、第２光学系２の結像倍率を考慮しながら第１の正レンズの屈折力と第２の正レンズの屈折力とのバランスを好適に設定して接合レンズＣＥを瞳位置近傍に位置させることが容易となり、軸上色収差を良好に補正することが容易となる。なお、下記条件式（６−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−１．２＜ＭＡＧ２／（ｆｐ２／ｆｐ１）＜−０．７ （６）
−１．１＜ＭＡＧ２／（ｆｐ２／ｆｐ１）＜−０．８ （６−１）

第１光学系１が上記負レンズ群ＧＮと、負レンズ群ＧＮの縮小側に負レンズ群ＧＮに連続して配置された正レンズとを有する場合、負レンズ群ＧＮのペッツバール和をＰｚｎ、負レンズ群ＧＮの焦点距離をｆｎとしたとき、下記条件式（７）を満足することが好ましい。条件式（７）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系１の像面湾曲をオーバー傾向にして第２光学系２による像面変動と相殺し、像面湾曲を良好に補正することができる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることによって、第１光学系１と第２光学系２によって像面変動を相殺する際に過度に補正過剰となるのを防ぎ像面湾曲を良好に補正することができる。なお、条件式（７）に代わり下記条件式（７−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．２＜Ｐｚｎ×ｆｎ＜０．８ （７）
０．３＜Ｐｚｎ×ｆｎ＜０．７ （７−１）

また、第１光学系１が上記負レンズ群ＧＮと、負レンズ群ＧＮの縮小側に負レンズ群ＧＮに連続して配置された正レンズとを有する場合、負レンズ群ＧＮのペッツバール和をＰｚｎ、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、下記条件式（８）を満足することが好ましい。条件式（８）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系１と第２光学系２によって像面変動を相殺する際に過度に補正過剰となるのを防ぎ像面湾曲を良好に補正することができる。条件式（８）の上限以上とならないようにすることによって、第１光学系１の像面湾曲をオーバー傾向にして第２光学系２による像面変動と相殺し、像面湾曲を良好に補正することができる。なお、条件式（８）に代わり下記条件式（８−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−０．８＜Ｐｚｎ×Ｙｍａｘ＜−０．３ （８）
−０．７＜Ｐｚｎ×Ｙｍａｘ＜−０．４ （８−１）

第１光学系１が上記負レンズ群ＧＮと、負レンズ群ＧＮの縮小側に負レンズ群ＧＮに連続して配置された正レンズとを有し、条件式（７）及び（８）を満足する場合は、より良好な特性とすることに有利となる。

第１光学系１のペッツバール和をＰｚ１、第１光学系１の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（９）を満足することが好ましい。条件式（９）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系１と第２光学系２によって像面変動を相殺する際に過度に補正過剰となるのを防ぎ像面湾曲を良好に補正することができる。条件式（９）の上限以上とならないようにすることによって、第１光学系１の像面湾曲をオーバー傾向にして第２光学系２による像面変動と相殺し、像面湾曲を良好に補正することができる。なお、条件式（９）に代わり下記条件式（９−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−０．６＜Ｐｚ１×ｆ１＜−０．１ （９）
−０．５＜Ｐｚ１×ｆ１＜−０．２ （９−１）

第１光学系１のペッツバール和をＰｚ１、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、下記条件式（１０）を満足することが好ましい。条件式（１０）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系１と第２光学系２によって像面変動を相殺する際に過度に補正過剰となるのを防ぎ像面湾曲を良好に補正することができる。条件式（１０）の上限以上とならないようにすることによって、第１光学系１の像面湾曲をオーバー傾向にして第２光学系２による像面変動と相殺し、像面湾曲を良好に補正することができる。なお、条件式（１０）に代わり下記条件式（１０−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−０．６＜Ｐｚ１×Ｙｍａｘ＜−０．１ （１０）
−０．５＜Ｐｚ１×Ｙｍａｘ＜−０．２ （１０−１）

なお、条件式（９）及び（１０）を満足する場合は、より良好な特性とすることに有利となる。

第２光学系２のペッツバール和をＰｚ２、第２光学系２の焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（１１）を満足することが好ましい。条件式（１１）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系１の像面湾曲をオーバー傾向にして第２光学系２による像面変動と相殺し、像面湾曲を良好に補正することができる。条件式（１１）の上限以上とならないようにすることによって、第１光学系１と第２光学系２によって像面変動を相殺する際に過度に補正過剰となるのを防ぎ像面湾曲を良好に補正することができる。なお、条件式（１１）に代わり下記条件式（１１−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
２．５＜Ｐｚ２×ｆ２＜６ （１１）
３＜Ｐｚ２×ｆ２＜５．５ （１１−１）

また、第２光学系２のペッツバール和をＰｚ２、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、下記条件式（１２）を満足することが好ましい。条件式（１２）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系１の像面湾曲をオーバー傾向にして第２光学系２による像面変動と相殺し、像面湾曲を良好に補正することができる。条件式（１２）の上限以上とならないようにすることによって、第１光学系１と第２光学系２によって像面変動を相殺する際に過度に補正過剰となるのを防ぎ像面湾曲を良好に補正することができる。なお、条件式（１２）に代わり下記条件式（１２−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．１＜Ｐｚ２×Ｙｍａｘ＜０．６ （１２）
０．１５＜Ｐｚ２×Ｙｍａｘ＜０．５５ （１２−１）

なお、条件式（１１）及び（１２）を満足する場合は、より良好な特性とすることに有利となる。

また、第１光学系１のペッツバール和をＰｚ１、第２光学系２のペッツバール和をＰｚ２としたとき、下記条件式（１３）を満足することが好ましい。条件式（１３）を満足することによって、像面湾曲を良好に補正することができる。なお、下記条件式（１３−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−１．２＜Ｐｚ２／Ｐｚ１＜−０．７ （１３）
−１．１＜Ｐｚ２／Ｐｚ１＜−０．８ （１３−１）

また、第２光学系２の接合レンズＣＥが、１枚の負レンズと、１枚の正レンズとからなる場合、接合レンズＣＥ内の負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｎ、接合レンズＣＥ内の正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｐとしたとき、下記条件式（１４）を満足することが好ましい。条件式（１４）を満足することによって、軸上色収差を抑えることができる。なお、下記条件式（１４−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−５２＜νｎ−νｐ＜−２６ （１４）
−５０＜νｎ−νｐ＜−２８ （１４−１）

また、結像光学系の焦点距離をｆ、第２光学系２の焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（１５）を満足することが好ましい。条件式（１５）の下限以下とならないようにすることによって、レンズ系全長を抑えることに有利となる。条件式（１５）の上限以上とならないようにすることによって、像面湾曲を抑えることが容易となる。なお、下記条件式（１５−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．０１＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．１ （１５）
０．０１５＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．０９５ （１５−１）

また、結像光学系の焦点距離をｆ、第１光学系１の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（１６）を満足することが好ましい。条件式（１６）の下限以下とならないようにすることによって、レンズ系全長を抑えることに有利となる。条件式（１６）の上限以上とならないようにすることによって、像面湾曲を抑えることが容易となる。なお、下記条件式（１６−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．１＜｜ｆ｜／ｆ１＜０．５ （１６）
０．１５＜｜ｆ｜／ｆ１＜０．４ （１６−１）

なお、図１に示す例では、第１光学系１は１０枚のレンズからなり、第２光学系２は４枚のレンズからなるが、第１光学系１、第２光学系２いずれも図１に示す例と異なる枚数のレンズで構成することも可能である。

上述した好ましい構成及び可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、軽量化が図られ、Ｆナンバーが小さく、広角で、高い光学性能を有する結像光学系を実現することが可能である。なお、ここでいう「Ｆナンバーが小さく」とはＦナンバーが１．８以下であることを意味し、「広角」とは全画角が１２０度より大きいことを意味する。

次に、本発明の結像光学系の数値実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１の結像光学系のレンズ構成と光路は図１に示したものであり、その構成及び図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１の結像光学系は、拡大側から順に、第１光学系１と、第２光学系２とからなる。第１光学系１は、拡大側から順に、負のレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｃと、正のレンズＬ１ｄ〜Ｌ１ｆと、負のレンズＬ１ｇと、正のレンズＬ１ｈ〜Ｌ１ｊとからなる。第２光学系２は、拡大側から順に、正のレンズＬ２ａと、負のレンズＬ２ｂと、正のレンズＬ２ｃ〜Ｌ２ｄとからなる。レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃは負レンズ群ＧＮを構成している。レンズＬ１ｆ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｈは互いに接合されて３枚接合レンズを構成している。レンズＬ２ｂ、Ｌ２ｃは互いに接合されて全体として正の屈折力を有する接合レンズＣＥを構成している。レンズＬ１ｅを光軸方向に移動させることによって合焦が行われる。

実施例１の結像光学系の基本レンズデータを表１に、諸元を表２に、非球面係数を表３に示す。表１において、面番号の欄には最も拡大側の面を第１面とし縮小側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Ｒの欄には各面の曲率半径を示し、Ｄの欄には各面とその縮小側に隣接する面との光軸上の面間隔を示している。また、Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。ここで、曲率半径の符号は、拡大側に凸面を向けた面形状のものを正、縮小側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には光学部材ＰＰも合わせて示している。

表２に、結像光学系の焦点距離の絶対値｜ｆ｜、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、縮小側の最大像高Ｙｍａｘの値をｄ線基準で示す。２ωの欄の［°］は単位が度であることを意味する。

表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、非球面の面番号と各非球面に関する非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ×ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ×Ｃ^２×ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ×ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍ（ミリメートル）を用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図４に左から順に、実施例１の結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率色収差の各収差図を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、及びＦ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、及び短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、及びＦ線に関する収差をそれぞれ長破線、及び短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。図４に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が０．４７ｍの場合のものである。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、及び記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２の結像光学系のレンズ構成と光路の断面図を図２に示す。なお、図２では中間像ＭＩを概念的に示しており、その光軸方向の位置は光軸近傍での位置を基に示している。実施例２の結像光学系は、拡大側から順に、第１光学系１と、第２光学系２とからなる。第１光学系１を構成するレンズの枚数と各レンズの屈折力の符号、第２光学系２を構成するレンズの枚数と各レンズの屈折力の符号、及び合焦の際に移動するレンズは実施例１のものと同様である。

実施例２の結像光学系の基本レンズデータを表４に、諸元を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図５に示す。図５に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が０．４７ｍの場合のものである。

［実施例３］
実施例３の結像光学系のレンズ構成と光路の断面図を図３に示す。なお、図３では中間像ＭＩを概念的に示しており、その光軸方向の位置は光軸近傍での位置を基に示している。実施例３の結像光学系は、拡大側から順に、第１光学系１と、第２光学系２とからなる。第２光学系２は、拡大側から順に、正のレンズＬ２ａ〜Ｌ２ｂ、負のレンズＬ２ｃ、正のレンズＬ２ｄからなる。２枚のレンズＬ２ｂ、Ｌ２ｃは互いに接合されて全体として正の屈折力を有する接合レンズＣＥを構成している。第１光学系１を構成するレンズの枚数と各レンズの屈折力の符号、及び合焦の際に移動するレンズは実施例１のものと同様である。

実施例３の結像光学系の基本レンズデータを表７に、諸元を表８に、非球面係数を表９に、各収差図を図６に示す。図６に示す図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が０．４７ｍの場合のものである。

表１０に実施例１〜３の結像光学系の条件式（１）〜（１６）の対応値を示す。実施例１〜３はｄ線を基準波長としており、表１０に示す値はｄ線を基準としている。

以上のデータからわかるように、実施例１〜３の結像光学系は、第２光学系２のレンズ枚数が４枚であり軽量化が図られており、全画角が１４０°以上あり広角に構成され、Ｆナンバーが１．８０以下であり小さなＦナンバーを有し、色収差を含む諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

次に、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図７に示す投写型表示装置１００は、本発明の実施形態に係る結像光学系１０と、光源１５と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型表示素子１１ａ〜１１ｃと、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４と、コンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃと、光路を偏向するための全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを有する。なお、図７では、結像光学系１０は概略的に図示している。また、光源１５とダイクロイックミラー１２の間にはインテグレーターが配されているが、図７ではその図示を省略している。

光源１５からの白色光は、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に分解された後、それぞれコンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型表示素子１１ａ〜１１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、結像光学系１０に入射する。結像光学系１０は、透過型表示素子１１ａ〜１１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。

図８は、本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図８に示す投写型表示装置２００は、本発明の実施形態に係る結像光学系２１０と、光源２１５と、各色光に対応したライトバルブとしてのＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃと、色分解及び色合成のためのＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム２４ａ〜２４ｃと、照明光と投写光を分離する偏光分離プリズム２５とを有する。なお、図８では結像光学系２１０を概略的に図示している。また、光源２１５と偏光分離プリズム２５の間にはインテグレーターが配されているが、図８ではその図示を省略している。

光源２１５からの白色光は、偏光分離プリズム２５内部の反射面で反射された後、ＴＩＲプリズム２４ａ〜２４ｃにより３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応するＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃに入射して光変調され、再びＴＩＲプリズム２４ａ〜２４ｃを逆向きに進行して色合成された後、偏光分離プリズム２５を透過して、結像光学系２１０に入射する。結像光学系２１０は、ＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン２０５上に投写する。

図９は、本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図９に示す投写型表示装置３００は、本発明の実施形態に係る結像光学系３１０と、光源３１５と、各色光に対応したライトバルブとしての反射型表示素子３１ａ〜３１ｃと、色分離のためのダイクロイックミラー３２、３３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム３４と、光路偏向のための全反射ミラー３８と、偏光分離プリズム３５ａ〜３５ｃとを有する。なお、図９では、結像光学系３１０は概略的に図示している。また、光源３１５とダイクロイックミラー３２の間にはインテグレーターが配されているが、図９ではその図示を省略している。

光源３１５からの白色光はダイクロイックミラー３２、３３により３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ偏光分離プリズム３５ａ〜３５ｃを経て、各色光光束それぞれに対応する反射型表示素子３１ａ〜３１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム３４により色合成された後、結像光学系３１０に入射する。結像光学系３１０は、反射型表示素子３１ａ〜３１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン３０５上に投写する。

図１０、図１１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置であるカメラ４００の外観図である。図１０は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１１は、カメラ４００を背面側から見た斜視図を示す。カメラ４００は、交換レンズ４８が取り外し自在に装着される、レフレックスファインダーを持たない一眼形式のデジタルカメラである。交換レンズ４８は、本発明の実施形態に係る光学系である結像光学系４９を鏡筒内に収納したものである。

このカメラ４００はカメラボディ４１を備え、カメラボディ４１の上面にはシャッターボタン４２と電源ボタン４３とが設けられている。またカメラボディ４１の背面には、操作部４４、４５と表示部４６とが設けられている。表示部４６は、撮像された画像や、撮像される前の画角内にある画像を表示するためのものである。

カメラボディ４１の前面中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にマウント４７が設けられ、マウント４７を介して交換レンズ４８がカメラボディ４１に装着される。

カメラボディ４１内には、交換レンズ４８によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子（不図示）、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、及びその生成された画像を記録するための記録媒体などが設けられている。このカメラ４００では、シャッターボタン４２を押すことにより静止画又は動画の撮影が可能であり、この撮影で得られた画像データが上記記録媒体に記録される。

以上、実施形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、及び非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、本発明の投写型表示装置も、上記構成のものに限定されない。例えば、用いられるライトバルブ、及び、光束分離又は光束合成に用いられる光学部材は、種々の態様の変更が可能である。

また、本発明の撮像装置も、上記構成のものに限定されない。例えば、本発明を一眼レフ形式のカメラ、フィルムカメラ、及びビデオカメラなどに適用することも可能である。

１ 第１光学系
２ 第２光学系
１０、４９、２１０、３１０ 結像光学系
１１ａ〜１１ｃ 透過型表示素子
１２、１３、３２、３３ ダイクロイックミラー
１４、３４ クロスダイクロイックプリズム
１５、２１５、３１５ 光源
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ、３８ 全反射ミラー
２１ａ〜２１ｃ ＤＭＤ素子
２４ａ〜２４ｃ ＴＩＲプリズム
２５、３５ａ〜３５ｃ 偏光分離プリズム
３１ａ〜３１ｃ 反射型表示素子
４１ カメラボディ
４２ シャッターボタン
４３ 電源ボタン
４４、４５ 操作部
４６ 表示部
４７ マウント
４８ 交換レンズ
１００、２００、３００ 投写型表示装置
１０５、２０５、３０５ スクリーン
４００ カメラ
ＣＥ 接合レンズ
Ｄａｂ 第１の正レンズと接合レンズの光軸上の距離
Ｄｃｄ 接合レンズと第２の正レンズの光軸上の距離
ＧＮ 負レンズ群
Ｌ１ａ〜Ｌ１ｊ、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ レンズ
ＭＩ 中間像
ＰＰ 光学部材
Ｓｃｒ スクリーン
Ｓｉｍ 画像表示面
ｗａ 軸上光束
ｗｂ 最大画角の光束
Ｙｍａｘ 縮小側の最大像高
Ｚ 光軸

Claims (20)

1. 拡大側から縮小側へ向かって順に、第１光学系と、第２光学系とからなり、
   前記第２光学系は縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、
   前記第１光学系は前記中間像を拡大側結像面に再結像させ、
   前記第２光学系は、拡大側から順に、第１の正レンズと、全体として正の屈折力を有する接合レンズと、第２の正レンズとからなり、前記接合レンズは、少なくとも１枚の負レンズと、少なくとも１枚の正レンズとを含む結像光学系。
2. 前記第２光学系の横倍率をＭＡＧ２としたとき、
   −０．４＜ＭＡＧ２＜−０．１ （１）
   で表される条件式（１）を満足する請求項１記載の結像光学系。
3. 前記第１の正レンズと前記接合レンズの光軸上の距離をＤａｂ、前記第１の正レンズの焦点距離をｆｐ１としたとき、
   ０．７＜Ｄａｂ／ｆｐ１＜１．１ （２）
   で表される条件式（２）を満足する請求項１又は２記載の結像光学系。
4. 前記接合レンズと前記第２の正レンズの光軸上の距離をＤｃｄ、前記第２の正レンズの焦点距離をｆｐ２としたとき、
   ０．６５＜Ｄｃｄ／ｆｐ２＜１．３ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載の結像光学系。
5. 前記第１の正レンズと前記接合レンズの光軸上の距離をＤａｂ、前記接合レンズと前記第２の正レンズの光軸上の距離をＤｃｄとしたとき、
   ０．２＜Ｄｃｄ／Ｄａｂ＜０．６ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載の結像光学系。
6. 前記第１の正レンズの焦点距離をｆｐ１、前記第２の正レンズの焦点距離をｆｐ２としたとき、
   ０．１５＜ｆｐ２／ｆｐ１＜０．５ （５）
   で表される条件式（５）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載の結像光学系。
7. 前記第２光学系の横倍率をＭＡＧ２、前記第１の正レンズの焦点距離をｆｐ１、前記第２の正レンズの焦点距離をｆｐ２としたとき、
   −１．２＜ＭＡＧ２／（ｆｐ２／ｆｐ１）＜−０．７ （６）
   で表される条件式（６）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載の結像光学系。
8. 複数の負レンズからなり最も拡大側に配置された負レンズ群と、該負レンズ群の縮小側に該負レンズ群に連続して配置された正レンズとを有し、
   前記負レンズ群のペッツバール和をＰｚｎ、前記負レンズ群の焦点距離をｆｎ、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、
   ０．２＜Ｐｚｎ×ｆｎ＜０．８ （７）
   −０．８＜Ｐｚｎ×Ｙｍａｘ＜−０．３ （８）
   で表される条件式（７）及び（８）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載の結像光学系。
9. 前記第１光学系のペッツバール和をＰｚ１、前記第１光学系の焦点距離をｆ１、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、
   −０．６＜Ｐｚ１×ｆ１＜−０．１ （９）
   −０．６＜Ｐｚ１×Ｙｍａｘ＜−０．１ （１０）
   で表される条件式（９）及び（１０）を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の結像光学系。
10. 前記第２光学系のペッツバール和をＰｚ２、前記第２光学系の焦点距離をｆ２、縮小側の最大像高をＹｍａｘとしたとき、
    ２．５＜Ｐｚ２×ｆ２＜６ （１１）
    ０．１＜Ｐｚ２×Ｙｍａｘ＜０．６ （１２）
    で表される条件式（１１）及び（１２）を満足する請求項１から９のいずれか１項記載の結像光学系。
11. 前記第１光学系のペッツバール和をＰｚ１、前記第２光学系のペッツバール和をＰｚ２としたとき、
    −１．２＜Ｐｚ２／Ｐｚ１＜−０．７ （１３）
    で表される条件式（１３）を満足する請求項１から１０のいずれか１項記載の結像光学系。
12. 前記接合レンズは、１枚の負レンズと、１枚の正レンズとからなり、
    前記接合レンズ内の前記負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｎ、前記接合レンズ内の前記正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｐとしたとき、
    −５２＜νｎ−νｐ＜−２６ （１４）
    で表される条件式（１４）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載の結像光学系。
13. 前記結像光学系の焦点距離をｆ、前記第２光学系の焦点距離をｆ２としたとき、
    ０．０１＜｜ｆ｜／ｆ２＜０．１ （１５）
    で表される条件式（１５）を満足する請求項１から１２のいずれか１項記載の結像光学系。
14. 前記第１光学系を構成するレンズの枚数が１０枚以下である請求項１から１３のいずれか１項記載の結像光学系。
15. 前記第１光学系を構成するレンズの枚数が１０枚である請求項１から１４のいずれか１項記載の結像光学系。
16. 前記結像光学系の焦点距離をｆ、前記第１光学系の焦点距離をｆ１としたとき、
    ０．１＜｜ｆ｜／ｆ１＜０．５ （１６）
    で表される条件式（１６）を満足する請求項１から１５のいずれか１項記載の結像光学系。
17. −０．３５＜ＭＡＧ２＜−０．１５ （１−１）
    で表される条件式（１−１）を満足する請求項２記載の結像光学系。
18. ０．７５＜Ｄａｂ／ｆｐ１＜１．０５ （２−１）
    で表される条件式（２−１）を満足する請求項３記載の結像光学系。
19. 光源と、
    該光源からの光が入射するライトバルブと、
    該ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する結像光学系としての請求項１から１８のいずれか１項記載の結像光学系とを備えた投写型表示装置。
20. 請求項１から１８のいずれか１項記載の結像光学系を備えた撮像装置。